CN101918145B - 流控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及空气污染控制，更具体地，涉及一种设备，其用于重定向在压力通风系统中的流体流动以改善流动性能，并因此改善空气污染控制，尤其是在选择催化NO_x还原中。该设备采用关于入口(上游)流体流动成一定角度安装的平叶片阵列，以使得叶片关于所述流动倾斜并相应地重定向流动在期望的方向。该设备，其也可称作“GSG”或者“分级矫直格栅(graduatedstraightening grid)”，具有广泛应用，并且在大型应用中提供许多性能、结构和经济优势。

Description

流控制方法和设备

发明内容

用于重定向压力通风系统中的流体流动的设备通过利用平叶片阵列以使得叶片提供流动性能(特性)、结构和经济优势，其中所述叶片阵列相对于入口(上游)流体流动成一定角度安装以使得叶片关于所述流动倾斜并相应地在期望方向重定向流动。该设备，也可称作“GSG”或“分级矫直格栅(graduated straightening grid)”，具有广泛的应用，并在大型应用中提供许多性能、结构和经济优势。作为特定的但非限定性的例子，在此教导的流动重定向的一个或多个实施例配置用于选择催化反应器(SCR)，例如用于工业烟道气体的洗涤。

在至少一个实施例中，用于从第一流向向第二流向重定向在压力通风系统中的流体流动的设备包括平叶片横向阵列，所述叶片定位为相对于第一流向成一定角度倾斜以重定向流体流动从第一流向到第二流向。在这个意义上，“横向”表示叶片的长度方向是与正被重定向的流向相横向的。这样，倾斜角度对入口/上游流动来说呈现出倾斜的分级表面，以使得阵列中的每个叶片的向风面在期望方向重定向一部分流动。

在另一实施例中，设计用于从第一流向到第二流向重定向压力通风系统中的流体流动的平叶片横向阵列的方法包括定义横向叶片长度为在压力通风系统内的横向阵列待安装的位置处的内部横截面的函数，并根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现流体流动的期望的流动特性。该方法可以包括通过调节压力通风系统内的横向阵列的计划(planned)安装角度而调节叶片角度。

在一个或多个这样的实施例中，根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现对于流体流动的期望的流动特性包括在横向阵列的模拟模型中模拟流体流动，相对于一个或多个特性要求评定模型化的流动特性，调节模型化的叶片高度、模型化的叶片间距和模型化的叶片角度的一个或多个直到模型化的流动特性满足一个或多个流动特性要求。这样的处理可以部分或者整体自动化，例如通过配置具有设计要求的模拟模型并指定优选的设计折衷方案(例如叶片高度-间距调节范围)，并配置所述模拟以相对于流动特性要求调整阵列设计。设计要求可以包括结构细节，包括尺度、可允许的阵列重量、结构紧固/支撑细节、刚度等。

当然，本领域技术人员通过读取下面的详细描述以及通过观看附图将认识到其它特性和优点。

附图说明

图1是用于流动重定向的横向阵列的一个实施例的简化的侧视图，其示出在压力通风系统中。

图2是用于图1所示的阵列的一个或多个实施例的叶片细节的简化的侧视图。

图3是横向阵列的一个实施例的简化透视图，其特别示出用于流动重定向的平叶片。

图4是横向阵列的一个实施例的简化平面图。

图5和6是示出处理逻辑的逻辑流程图，所述处理逻辑例如可以在计算机系统中完成，用于设计用于流动重定向的横向阵列的方法的一个或多个实施例。

图7-9是安装示意图，示出安装在用于选择催化反应器(SCR)的压力通风系统中的横向阵列的各个实施例。

具体实施方式

图1示出横向阵列10，其也称作“分级矫直格栅”，或者简单地称作“阵列10”。从该示意图，可以看出，阵列10包括多个间隔开的平叶片12。阵列10配置用于固定安装在压力通风系统14中，用于从第一流向到第二流向重定向流体流动。特别地，应当认识到，示出的用于重定向流体流动的新型装置提供在第二流向的高下游流动特性，而无需在阵列10的下游追加矫直翼(straightening vane)。

该示意图示出阵列10的侧视图并且应当认识到，观察者看到叶片12的“端视图”，并且叶片12在长度方向上定向为与第一流向相横向。进一步地，如该示意图所示，阵列10的一个示例性安装是在压力通风系统14的拐角位置或者连接处，其中第一压力通风系统部分16定向在第一流向，第二压力通风系统部分18定向在第二流向。这样，在这个例子中的阵列10配置用于在第一和第二压力通风系统部分16和18之间的拐角连接处重定向流体流动。

可以看出，用于安装阵列10的相对于第一流向的示例性倾斜角度为压力通风系统部分16和18之间的拐角连接处的“拐角角度”。可以看出，叶片12的上游叶片边缘限定一个平面，并且在至少一些设计应用中，优选沿着从内部压力通风系统拐角22到外部压力通风系统拐角24延伸的拐角对角线20对齐该平面。

当然，应当理解，其它对齐方式也可以使用，并且阵列10可以相对于作为“调整”参数的拐角中心线升高或降低用于实现期望的流动特性、安装便利性等。进一步地，阵列10相对于第一流向的角度可以作为性能调整参数增大或减小，因此倾斜角度不必跟随内部到外部拐角角度。再进一步地，应当理解，阵列10可以配置用于90度之外的方向变化，例如小于90度的拐角，并且安装角度和拐角定位可以根据需要改变用于流动特性和机械方面的考虑。

转到图2，可以看出，包括阵列10的给定实施例的一些叶片12的放大侧视图。特别地，为了便于参照而非限制性的，可以看出，每个叶片12的横向面可以视作面对在第一流向流动的流体的向风面30和相反的下风面32。为了进一步参照，每个叶片12被认为具有与入口/上游第一流向相关的上游(横向)边缘34和与出口/下游第二流向相关的下游(横向)边缘36。这些上游和下游叶片边缘34和36可以被或不被机加工或成形为空气动力轮廓。实际上，未完工的直角边缘例如与厚钢板相关的那些通常提供可接受的性能。但是，具有更高流速、更厚叶片等的一些设备可以受益于成形的叶片边缘。

在阵列构型的总的方面来说，阵列10的一个或多个实施例是基于从上游叶片边缘34到下游叶片边缘36测量的在从大约6英寸到大约18英寸的范围内的叶片高度“h”，以及在阵列10的相邻叶片12之间的在从大约3英寸到大约24英寸范围内的叶片间距“c”。进一步地，倾斜角度，即阵列10相对于第一流向的安装角度，可以选取为将阵列10的叶片12布置在从大约-25度到大约+25度范围内的叶片角度θ。

当然，不管所述参数是否设定在上面范围内，应当理解，阵列10可以根据用于给定安装要求的需要通过调节一个或多个这样的参数进行“调整”。这样的调整可以固定一个或多个这样的参数并以迭代的方式改变一个或多个其它参数实现设计方案，所述方案产生可接受的流动特性同时满足全部的实际成本和机械考虑。

在至少一个实施例中，优选的叶片高度“h”为12英寸或大约12英寸，优选的叶片间距“c”为6英寸或大约6英寸，优选的叶片角度θ为19度或大约19度。在图2中，可以看出，叶片角度是在从上游叶片边缘34延伸到下游叶片边缘36的直线与平行于第二流向的直线之间测量的叶片角度。这样，如果第二流向是垂直的，那么优选的叶片角度为偏离所述垂直线19度或大约19度。更广泛地，阵列10的倾斜角度选取为定位阵列10中的每个叶片12在相对于第二流向在-25度(包括-25度)到+25度(包括+25度)之间的叶片角度θ，其中叶片角度θ，如所解释的，是利用连接上游和下游叶片边缘34和36的直线相对于第二流向测量的。

进一步地，关于阵列设计考虑，在一个实施例中，从上游叶片边缘34到下游叶片边缘36测量的叶片高度配置为在阵列10的相邻的叶片12之间测量的叶片间距的大约两倍。数学上，h＝2c。在另一实施例中，该比率设定为2.5倍，也就是，h＝2.5c。对于至少一些设备，2倍比率是优选的，但是，应当理解，高度与间距的比率是候选的调整参数并且可以作为这里设计工艺的一部分进行操控。例如，重量和/或成本限制会要求较小叶片数量，这意味着对于给定阵列尺度，增大叶片间距。在这样的情形下，例如，整体阵列安装角度可以变化，和/或叶片高度可以变化以补偿减少的叶片数量。

转到图3，可以看出，在给定阵列10中的叶片12的简化透视图，其突显了叶片12的长度方向的横向定向，并进一步示出从第一流向到第二流向的流动流体的叶片上风面30的偏斜。尽管下风面32在图3中不可见，但是，在此可以想到的一个或多个实施例包括集成或者安装在叶片12的下风面32上的结构加强件。(这样的结构加强件在后面示出，用于大型SCR应用。)

至于其它机械和结构考虑，应当注意到，术语“压力通风系统”在此将被给予广泛的结构。例如，在此能够想到的限定包括但不限于在一结构中的流体充填空间(例如，气体、空气等)，特别地，为传送流动流体的导管或其它通道。进一步地，除非另有说明，该术语不必意味着连续的导管。例如，第一闭合结构(例如，导管)可以开口于第二闭合结构(例如，在SCR组上面的空间)，第一和第二结构的全部或部分可以视为其中安装有阵列10的压力通风系统14。

进一步地，应当理解，阵列10的安装特性可以根据需要适应其安装所在的压力通风系统14的特定情况。例如，图4示出给定阵列10的平面视图，其不仅示出叶片12的横向定向，还示出周边框架40，该框架用作叶片12的承载器并且可以用于固定10在压力通风系统14中。这样，在一个或多个实施例中，阵列10包括至少部分周边框架40，用于结构性地将阵列10固定在压力通风系统14中。再者，应当理解，阵列10可以包括两个或多个子阵列。例如，对于非常大的压力通风系统横截面，许多较小的阵列10可以用于形成跨过要求的内部空间的较大阵列。这样做可以提供例如更大的结构完整性以及将单个叶片长度限制到更实际的值。

再进一步地，应当理解，在一个或多个实施例中，叶片12是在阵列10中均一间隔开的。但是，在一个或多个其它的实施例中，叶片12是在阵列10中非均一间隔开的。在另其它实施例中，一部分叶片12可以均一间隔开，而另外一部分可以非均一间隔开。这样的变化可以被采用来允许结构性安装，以适应障碍物等。

当然，所有的设计参数可以根据需要进行设定和调节以用于给定安装。实际上，在此的教导的一方面包括设计方法论，由此计算机模拟(和/或实验级别建模)和参数调节产生配置给定特定设备要求的阵列10。这样的模拟可以基于计算机流体动力学(CFD)建模和/或实验级别建模，并且可以整体地或者部分地在计算机系统例如PC上完成，所述计算机系统具有计算机可读介质，该介质上具有用于在流动模拟环境下实施阵列调整方法的程序指令。

图5示出这样的一个方法的一个实施例，其中处理通过输入设计要求“开始”(块100)。这样的要求可以是在第二方向的期望的流动特性，其可以在层流特性、紊流值等方面进行表示。这样的要求一般将包括基本的压力通风系统尺度、流动体积、速度等，掌握了基本的设计要求，设计阵列10的方法包括定义作为在压力通风系统14内阵列10安装所在的位置处的内部横截面的函数的横向叶片长度“L”(块102)。处理通过根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现用于流体流动的期望流动特性而得以继续(块104)。

这样的处理可以迭代并可以使用命令脚本或者其它程序控制，或者通过命令脚本或者其它程序控制驱动，该控制通过用于任何一个或多个调整参数(例如，叶片高度、间距、角度、总叶片数量等)的设计参数选择范围步进，直到满足设计要求。再者，这样的处理可以通过计算机模拟在流动建模模拟环境或者在实验等级建模中实施。

图6示出迭代阵列调整的一个实施例。该处理可以代表图5的块104的细节。阵列设计可以通过利用默认或者名义阵列参数，例如默认叶片高度、间距和角度初始化(块110)。处理通过基于已知的主要参数(override)例如强制叶片间距来调节一个或多个参数而得以继续(块112)。处理通过运行/评定相应的模拟模型而得以继续(块114)。

评定包括例如比较模拟的流动特性与设计要求。如果设计标准满足(在变量的一些可接受范围内)(块116)，处理“结束”。如果设计标准没有满足，并且如果迭代限制或者其它处理约束没有超过(块118)，处理通过调整一个或多个阵列参数并且再次运行/再次评定再次调整的模拟模型而得以继续(块120)。这样的迭代调整根据需要继续或者直到迭代约束被超过。

在一个或多个实施例中，调整阵列10包括通过调节压力阵列10在通风系统14内的平面(planned)安装角度而调节叶片角度。调整替代地或者额外地包括根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现流体流动的期望流动特性。再者，这样的调整可以包括在阵列10的模拟模型中模拟流体流动，相对于一个或多个特性要求评定模型化的流动特性，以及调节模型化的叶片高度、模型化的叶片间距和模型化的叶片角度的一个或多个直到模型化的流动特性满足一个或多个流动特性要求。再者，如所述的，根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现流体流动的期望流动特性可以包括利用默认叶片高度、默认叶片间距和默认叶片角度初始化横向阵列设计，然后调节这些默认值的一个或多个。

这样的默认值可以基于根据大约2∶1的叶片高度与叶片间距比设定默认叶片高度和默认叶片间距。进一步地，一个或多个调整变量的调整范围可以约束为处于叶片高度、间距和角度的先前提及的范围内。

考虑到这样的设计灵活性，图7、8和9示出应用例子，其中阵列10配置用于各种SCR应用。特别地，图7突显在叶片12上的下风侧面的结构性加强件，并示出机械安装特性。在这些示意图中压力通风系统14包括选择催化反应器(SCR)50的上游元件，阵列10配置用于重定向气体流动到SCR50。

但是，阵列10并不限于示出的例子。更一般地，应当理解，前面的描述和附图代表在此教导的方法、系统和个别设备的非限制性的例子。这样，本发明并不由前面的描述和附图进行限制。相反，本发明仅由权利要求及其法律意义上的等价物的限制。

Claims (21)

1.一种用于重定向选择催化反应器的压力通风系统中的流体流动的设备，所述设备能够将流体流动从第一流向重定向到第二流向，所述设备包括平叶片横向阵列，该平叶片横向阵列被定位成相对于所述第一流向成一定倾斜角度，以从所述第一流向到所述第二流向重定向所述流体流动，

其中，所述设备配置用于在第一和第二压力通风系统部分之间的拐角连接处重定向所述流体流动，所述第一压力通风系统部分在所述第一流向传送流体流动，所述第二压力通风系统部分在所述第二流向传送流体流动；

其中，由所述横向阵列限定的平面能够通过调节所述横向阵列在压力通风系统内的平面安装角度而进行调节以实现至少一个流动特性、并沿着所述拐角连接处的对角线对齐；并且

所述平面由在所述横向阵列中的叶片上游边缘限定，并且其中所述倾斜角度代表所述第一流向和该平面之间的角度测量值。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述横向阵列定位为所述平面对齐在从所述拐角连接处的内部拐角延伸到外部拐角的对角线上。

3.如权利要求1所述的设备，其中，从上游叶片边缘到下游叶片边缘测量的叶片高度是在从六英寸到十八英寸的范围，在所述横向阵列中的相邻叶片之间的叶片间距是在三英寸到二十四英寸之间的范围，并且其中所述倾斜角度选取为将所述横向阵列中的所述叶片布置在从十五度到二十五度的范围内的叶片角度上。

4.如权利要求3所述的设备，其中，所述叶片高度为十二英寸，所述叶片间距为六英寸，所述叶片角度为十九度。

5.如权利要求1所述的设备，其中，从上游叶片边缘到下游叶片边缘测量的叶片高度配置为在所述横向阵列中的相邻叶片之间测量的叶片间距的两倍。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述倾斜角度选取为将所述横向阵列中的每个叶片定位在相对于所述第二流向负二十五度和正二十五度之间的叶片角度上，其中所述叶片角度是通过利用连接所述上游叶片边缘和所述下游叶片边缘的直线相对于所述第二流向测量的。

7.如权利要求1所述的设备，其中，一个或多个叶片包括集成或者安装在所述叶片的下风面上的结构加强件，其中所述叶片的该下风面是所述叶片远离所述第一流向的侧面。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述横向阵列至少包括用于将所述横向阵列结构性地固定在压力通风系统中的部分周边框架。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述横向阵列包括两个或多个子阵列。

10.如权利要求1所述的设备，其中，所述叶片在所述横向阵列内均一间隔开。

11.如权利要求1所述的设备，其中，所述叶片在所述横向阵列中非均一地间隔开。

12.如权利要求1所述的设备，其中，所述压力通风系统包括选择催化反应器的上游元件，并且其中所述横向阵列配置用于将气流重定向到所述选择催化反应器中。

13.一种设计用于在选择催化反应器中将压力通风系统中的流体流动从第一流向重定向到第二流向的平叶片的横向阵列的方法，该方法包括：

选择在第一和第二压力通风系统部分之间的拐角连接处，所述第一压力通风系统部分在所述第一流向传送流体流动，所述第二压力通风系统部分在所述第二流向传送流体流动，其中由所述横向阵列限定的平面能够通过调节所述横向阵列在压力通风系统内的平面安装角度而进行调节以实现至少一个流动特性、并沿着所述拐角连接处的对角线对齐，并且其中，所述平面由在所述横向阵列中的叶片上游边缘限定，并且其中倾斜角度代表所述第一流向和该平面之间的角度测量值；

定义横向叶片长度为在压力通风系统内安装所述横向阵列的拐角连接位置处的内部横截面的函数；以及

根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现流体流动的期望的流动特性，同时在所述压力通风系统中重新定向流体流动。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括通过调节所述横向阵列在所述压力通风系统内的计划安装角度来调节叶片角度。

15.如权利要求13所述的方法，其中，根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现流体流动的期望的流动特性包括在所述横向阵列的模拟模型中模拟流体流动，相对于一个或多个特性要求评定模型化的流动特性；以及调节模型化的叶片高度、模型化的叶片间距和模型化的叶片角度的一个或多个直到模型化流动特性满足一个或多个流动特性要求。

16.如权利要求15所述的方法，其中，根据需要调节叶片高度、叶片间距和叶片角度的至少一个以实现流体流动的期望的流动特性包括利用默认的叶片高度、默认的叶片间距和默认的叶片角度初始化横向阵列设计。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括根据2∶1的叶片高度与叶片间距比设置默认叶片高度和默认叶片间距。

18.如权利要求16所述的方法，进一步包括设定默认叶片高度为12英寸，并且相应地设定默认叶片间距为6英寸。

19.如权利要求16所述的方法，进一步包括设定默认叶片角度为相对于所述第二流向十九度。

20.如权利要求15所述的方法，其中，利用默认叶片高度、默认叶片间距和默认叶片角度初始化横向阵列设计包括设定所述默认叶片高度为从6英寸到18英寸范围中的值，设定所述默认叶片间距在从3英寸到24英寸的范围，并且设定所述默认叶片角度在从-25度到+25度。

21.如权利要求13所述的方法，进一步包括调节实际叶片间距远离默认叶片间距以减小用于横向阵列的总叶片数量，同时通过相应地调节叶片高度和叶片角度之一或者二者来补偿增大的叶片间距。